全 文 ：广 西 植 物 Guihaia Sept．２０１４,３４(５):６４２－６５０ http://journal．gxzw．gxib．cn
DOI:１０．３９６９/j．issn．１０００Ｇ３１４２．２０１４．０５．０１１
黄炜杰,李秋霞,谢泳杰,等．利用水生植物净化河涌污水能力的比较研究[J]．广西植物,２０１４,３４(５):６４２－６５０
HuangWJ,LiQX,XieYJ,etal．Comparativestudyontheabilitywhichutilizedhydrophytespurifypolutedwaterofriver[J]．Guihaia,２０１４,３４(５):
６４２－６５０
利用水生植物净化河涌污水能力的比较研究
黄炜杰１,２,李秋霞１∗,谢泳杰３,罗佳文１,肖玺琴４,黄玉源５,李存福１,汪鹏飞１
(１．仲恺农业工程学院 城市建设学院,广州５１０２２５;２．广州大学 土木工程学院,广州５１０００６;３．仲恺农业工程学院 园艺园林学院,
广州５１０２２５;４．仲恺农业工程学院 环境科学与工程学院,广州５１０２２５;５．仲恺农业工程学院 生命科学学院,广州５１０２２５)
摘 要:以８种水生植物为材料,在单一、复合种植的组合条件下,对污染物的去除效率及各植物的生长发育状
况进行研究.结果表明:总磷、总氮、氨氮、浊度等水质指标的去除速率随着处理时间延长而逐渐升高,而CODMn
的去除效果为开始较高,然后有所降低,后期又提高的波动现象.整体上除个别植物种类外,所有组合单元的处
理效果均优于对照.经过植物净化处理,原污水的TP含量约为重污染水Ⅴ类水的４倍、TN含量为Ⅴ类水的５~
６倍、水中上述污染物有３０％~３３．３％的种植组合达到Ⅲ类水的水平,其中２０％~２５％的组合达到了Ⅱ类水的水
平.其他２０％~３０％的种植组合能使TP、TN污染物含量减少２~３倍,污染水水质相当或接近于Ⅴ类水的水
平.原污水氨氮含量为Ⅴ类水的６~７倍,经过植物各组合的处理,５８．３％组合的水平在Ⅲ类水以上,其中５０％的
组合达到Ⅱ类水的水平.其他约３５％的组合使氨氮含量减少４~５倍,接近Ⅴ类水的水平.在植物形态学指标方
面,除个别大薸单元出现负增长及植株坏死外,其余植物根、茎、叶有一定增长,表明植物能适应这样的污水而生
长;植物复合种植比单一种植单元的处理表现出更高的净化水平及稳定性,应得到重视;挺水植物比漂浮植物和
沉水植物的净化能力强,在水处理实践中可优先考虑.
关键词:水生植物;污染水体;净化;水质改善
中图分类号:Q９４８．８;X５０２ 文献标识码:A 文章编号:１０００Ｇ３１４２(２０１４)０５Ｇ０６４２Ｇ０９
Comparativestudyontheabilitywhichutilized
hydrophytespurifypolutedwaterofriver
HUANGWeiＧJie１,２,LIQiuＧXia１∗,XIEYongＧJie３,LUOJiaＧWen１,XIAOXiＧQin４,
HUANGYuＧYuan５,LICunＧFu１,WANGPengＧFei１
(１．CollegeofUrbanConstruction,ZhongkaiUniversityofAgricultureandEngineering,Guangzhou５１０２２５,China;２．Collegeof
CivilEngineering,GuangzhouUniversity,Guangzhou５１０００６,China;３．CollegeofHorticultureandGardens,Zhongkai
UniversityofAgricultureandEngineering,Guangzhou５１０２２５,China;４．CollegeofEnvironmentSciencesand
Engineering,ZhongkaiUniversityofAgricultureandEngineering,Guangzhou５１０２２５,China;５．College
ofLifeSciences,ZhongkaiUniversityofAgricultureandEngineering,Guangzhou５１０２２５,China)
Abstract:Thepaperexploredthepurifyeffectstopolutedwateron８hydrophytes:Acoruscalamus,PhragmitesausＧ
tralis,Pistiastratiotes,Cannaindica,Hydrocotylevulgaris,Alternantherabetzickiana,Eichhorniacrassipesand
Myriophyllumverticillatum,theyweresettedupfortowgroupswhichwerecultivatedinpolutionwaterwithsingle
speciesandseveralspeciescompoundplanting,andthenformed１２plantingunits,therebycarriedoutthecomparative
studyonthesehydrophytespurifyabilitytopolutantsofriverandcomparedtheremovaleficiencyandthesituation
收稿日期:２０１３Ｇ１１Ｇ２１ 修回日期:２０１３Ｇ１２Ｇ１８
基金项目:广东省大学生创新实验项目(１１３４７１１０１４)
作者简介:黄炜杰(１９９０Ｇ),男,硕士研究生,从事水环境科学研究,(EＧmail)８７８１４６４０１＠qq．com.
∗通讯作者:李秋霞,副教授,主要从事给排水科学与工程研究,(EＧmal)lqx８８８６＠１２６．com.
ofgrowthanddevelopment．Twogroupstreatmentsalhadthepurificationabilitytopolutants,withthetimeextenＧ
sion,thepurifiedeficiencyrisegradualytototalphosphorus(TP),totalnitrogen(TN),ammonianitrogen(NH３ＧN)
andturbidity;theremovalefficiencyofCODMnshowedthatintheinitiateperioditwashigher,thentheeficiencyhad
alittledrop,andriseagain,reachedahighpurifyingefficiency．Inaltreaments,about３０％－３３．３％treatmentsmade
theprimarypolutedwaterwhichTPcontentwas４timesandTNcontentwas５－６timesasthatofⅤgradewater
reachedⅢgradewaterlevel,among２０％－２５％ofthemreachedⅡgradewaterlevel;othertreaments,about２０％－
３０％ madeTP,TNcontentdropped２－３times,sothatthepolutedwaterreachedⅤgradeornearⅤgradewaterlevＧ
el．Inaspectofammonianitrogencontent,passedthroughplantspurification,the５８．３％plantingunits(treaments)
hadmadethepolutedwaterthatammonianitrogencontentwas６－７timesasthatofⅤgradewaterreachedⅢgrade
waterlevel,amongofthem,about５０％plantingunitsreachedⅡgradewaterlevel;otherabout３５％unitswerepuriＧ
fiedtoapproachⅤgradewaterlevel．Seentheeficiencyinwhole,exceptofexceptionalspecies,thepurificationefiＧ
ciencyofalgrouptreatmentswerehigherthancontrast．Intherespectofplantmorphology,exceptofPistiastraＧ
tiotespresentedsomeleaveslose,theirroot,stemandleavesofotherplantswereincrease,showedthattheseplants
adapttothesepolutionwater．Thepurificationlevelandefectshowedthatcompoundspeciesplantingwerebetter
andmorestablethansinglespeciesplanting,thepurificationabilityofemergedaquaticplantswerestrongerthan
floatingplantsandsubmergedplants．Theresearchresultsshalprovidethetheoreticalfoundationandreferencefor
establishingthehydrophytescommunitieswhichisstrongabilitytopurifypolutants,thelandscapeefectisbetter
andthestructuresisstable．
Keywords:hydrophytes;polutedwater;purify;waterqualityimprovement
水体污染以及富营养化是全球性的环境问题.
水生植物对水体具有净化作用,但不同植物对不同
污染物的降解作用存在差异(蒋鑫焱等,２００６;陈秋
夏等,２００８;王金丽等,２０１１;朱建坤等,２０１１).在利
用水生植物净化水体污染物方面,不同的物种之间
或不同物种的组合之间其净化效率相差甚远,一般
来说,结构复杂的组合比结构简单的组合具有更强
的去除氮磷的效果(夏汉平,２００２;蒋永荣等,２００９;
李淑英等,２０１０;田如男等,２０１１;王金丽等,２０１１).
以往开展研究的植物种类较少,涉及的水污染物尤
其是富营养化主要指标的研究还不够,而针对重金
属等污染物的研究则比较多.涉及实验用水污染程
度等级的较少,对于植物组合形式的研究,相对于众
多水生植物而言显得少一些.对于水中的氨氮、
CODMn和浊度的去除率等研究极少,同时对于哪些
植物适应何种污染程度的污水生长及其发育状况的
研究也极少.
本研究探究哪种植物构建单一植物单元和复合
植物单元,对于总磷、总氮、氨氮、CODMn和浊度的吸
收净化效果最好及其净化效应的顺序,并通过对这
些植物形态学等指标的测定分析,探究哪种植物的
适应能力更强.因此,研究植物净化富营养化等污
染水的能力及植物组合的效应,对于进一步有效利
用植物实施水体净化的生态工程具有重要的应用价
值和理论意义,从而为构建景观优美和结构功能稳
定的水生植物群落提供理论依据.
１ 材料与方法
１．１植物材料
采用的材料有挺水植物菖蒲(AcoruscalaＧ
mus)、芦苇(Phragmitesaustralis)、美人蕉(Canna
indica)、锦绣苋(Alternantherabettzickiana)、铜钱
草(Hydrocotylevulgaris),漂浮植物水葫芦(EichＧ
horniacrassipes)、大薸(Pistiastratiotes)和沉水植
物狐尾藻(Myriophyllumverticillatum)等８种植
物.水葫芦取自河涌,其余７种植物取自广州市郊
区湿地或苗圃.
实验前,在该河涌上游水质污染相对较轻河段
取水对植物进行为期５７d的水培驯化,以备实验所
用.以单一植物和复合植物形式在透明塑料箱(长
×宽×高＝５２cm×４０cm×３８cm,体积约７９L)中
种植,污水体积为箱体积的７０％.单一植物单元有
菖蒲、芦苇、美人蕉、大薸、水葫芦、狐尾藻、铜钱草;
复合植物单元有菖蒲＋大薸、美人蕉＋锦绣苋、水葫
芦＋狐尾藻、大薸＋狐尾藻、铜钱草＋狐尾藻.设置
的对照单元未加入任何植物进行处理.凡含有挺水
植物或沉水植物的单元,在其底部用干净的沙粒固
着其根部,而漂浮植物则不用任何固着物,仅放于水
中.
３４６５期 黄炜杰等:利用水生植物净化河涌污水能力的比较研究
１．２实验水样
取自广州市仲恺农业工程学院白云校区内的一
条河涌.河涌主要污染源来自沿途的生活污水和河
涌上游小部分养殖场排放的养殖污水.见表１.
表１ 实验水样主要指标浓度与国标(GB３８３８Ｇ２００２)对照表
Table１ Comparativesituationonmainindexesofexperimentalwatersampleswithnationalstandard
对象
Object
浊度
UNT pH
高锰酸盐指数
CODMn(mg/L)
总磷
TP(mg/L)
总氮
TN(mg/L)
氨氮
NH３ＧN(mg/L)
实验水样Experimentalsamples １４７．８ ６．０~６．５ ９．７８~１２．２６ １．６３~１．７９ １０．９１~１２．４０ １３．１４~１５．１４
Ⅱ类水CaseⅡ water － ６~９ ≤４ ≤０．１ ≤０．５ ≤０．５
Ⅲ类水CaseⅢ water － ６~９ ≤６ ≤０．２ ≤１．０ ≤１．０
Ⅳ类水CaseⅣ water － ６~９ ≤１０ ≤０．３ ≤１．５ ≤１．５
Ⅴ类水CaseⅤ water － ６~９ ≤１５ ≤０．４ ≤２．０ ≤２．０
对比处于轻度污染状态的Ⅲ类水的地表水环境质量
基本项目标准限值可知,实验水样的pH 在Ⅲ类水
要求的范围内,高锰酸盐指数(CODMn)处在较重污
染的Ⅳ类水的水平,总磷含量在重污染水Ⅴ类水的
４倍以上、总氮为Ⅴ类水的５~６倍,氨氮值为Ⅴ类
水的６~７倍.可见该河涌水体污染很严重,尤其是
氮、磷超标严重.
１．３实验方法
２０１２年７月１７日开始,对种植在污染较轻水
质中进行驯化和适应期的植物生长进行观察,记录
叶片数、株高、根长、冠幅、新芽生长等情况,确保其
移栽后的定植达到稳定、正常生长.把定植５０多天
植物培养箱中的轻污染水吸出,放入污染严重的上
述实验用水中进行试验.２０１２年９月１２－３０日,
对各培养箱及对照的污水取样,在实验室进行水样
水质测定实验,总氮、总磷、氨氮、CODMn等分别按碱
性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB１１８９４Ｇ８９)、钼
酸铵分光光度法(GB１１８９３Ｇ８９)、纳氏试剂比色法
(GB７４７９Ｇ８７)、酸性法(GB１１８９２Ｇ８９)等标准方法进
行.利用２１００P便携式浊度仪、温度计、pH试纸等
对水样的浊度、温度、pH 值等辅助指标进行测定.
实验周期为３~４d检测一次,持续１４d,共５次.
除水质指标的检测外,还对植物的叶片数、植株高度、
冠幅、根系长度、新叶(芽)数等指标进行跟踪测量.
２ 结果与分析
２．１水生植物除磷效果分析
从图１可以看出,总磷去除率０~７d的增加速
度较快,基本接近线性规律变化,其中最高的单元是
美人蕉、美人蕉＋锦绣苋,分别达９１．４％和８８．３％,
最低的是水葫芦,为２３．９％.大薸、狐尾藻、铜钱草
等单元不足３０％.７~１４d的去除率增加较慢,并
逐步趋于稳定.１１d比７d时对磷的去除率有较多
增加,而１４d比１１d时所有的单元其去除率都有提
高,但相对于种植初期去除率增加幅度小些.其中
芦苇、菖蒲＋大薸、美人蕉、美人蕉＋锦绣苋的去除
率稳定在９０％,对照、菖蒲、大薸在７２％~７８％之
间,而水葫芦、水葫芦＋狐尾藻、大薸＋狐尾藻、狐尾
藻、铜钱草、铜钱草＋狐尾藻则在５０％~６０％的低
位.总体来看,大薸、水葫芦、水葫芦＋狐尾藻、大薸
＋狐尾藻、狐尾藻、铜钱草、铜钱草＋狐尾藻等漂浮
植物的总磷去除率均在对照之下,而且平均低于对
照的２０．２％.以挺水植物为主的单元去除率平均高
于对照,最终高出对照１２％左右.去除率由高到低
的排序为美人蕉＋锦绣苋＞美人蕉＞菖蒲＋大薸＞
芦苇＞菖蒲＞对照＞大薸＞铜钱草＋狐尾藻＞水葫
芦＋狐尾藻＞大薸＋狐尾藻＞狐尾藻＞铜钱草＞水
葫芦.
图１ 总磷去除率的变化
Fig．１ Changesituationoftotalphosphorusremovalrate
２．２水生植物除氮效果分析
由图２可知,TN去除率总体呈波动上升趋势,
但上升的速率差异很大.上升最快的有美人蕉＋锦
绣苋、美人蕉、菖蒲、芦苇、菖蒲＋大薸,明显高于对
４４６ 广 西 植 物 ３４卷
照,其他的TN去除率与对照相当,个别出现负值,
说明水质净化效果较差,表明不仅没有减少水中的
氮含量,反而略有提高.在处理至第７天时,去除率
以美人蕉最高,达８９．５％,水葫芦最低,为Ｇ２．５％,差
距较大.在处理至第１４天时,对照的TN去除率为
２６．０％,水葫芦、水葫芦＋狐尾藻、大薸＋狐尾藻、狐
尾藻、铜钱草、铜钱草＋狐尾藻、大薸的TN去除率
分别为２８．５％、１０．４９％、４．１０％、１８．６１％、３０．１７％、
３５．９％、２３．４％,均表现较差.菖蒲、芦苇、菖蒲＋大
薸、美人蕉、美人蕉＋锦绣苋的 TN去除率分别达
９３．４％、８９．７％、７５．３％、９２．５％和９５．９％,平均为
８９．３％,比对照高出６３．３％.可见实验中的挺水植
物对TN的吸收效果良好,明显高于对照以及其他
漂浮植物或沉水植物,进行深入研究和利用的潜力
很大.
图２ 总氮去除率的变化
Fig．２ Changesituationoftotalnitrogenremovalrate
由图３可知,在处理至第７天时,芦苇、菖蒲＋
大薸、美人蕉、美人蕉＋锦绣苋等,氨氮的去除率明
显高于对照,平均达８１％,其中美人蕉最高,达
９６．７％,而此时的对照为４５．６％,大薸、狐尾藻分别
为３３．１５％、３７．９％,低于对照,其余的植物单元则略
高于对照.随后各单元的氨氮含量逐渐下降,在处
理至第１４天时,各单元的氨氮去除率均达较高水
平,并趋于平衡,其中近半在９７％以上,水葫芦最低
为７０．５％.总体去除率排序为美人蕉＋锦绣苋＞美
人蕉＞菖蒲＋大薸＞芦苇＞铜钱草＞对照＞铜钱草
＋狐尾藻＞菖蒲＞狐尾藻＞大薸＋狐尾藻＞大薸＞
水葫芦＋狐尾藻＞水葫芦.可见挺水植物稍优于漂
浮植物或沉水植物,不过铜钱草也有较好表现,复合
植物单元稍优于单一植物单元.
图３ 氨氮去除率的变化
Fig．３ Changesituationofammonianitrogenremovalrate
图４ 高锰酸盐指数去除率的变化
Fig．４ ChangesituationofCODMnremovalrate
２．３水生植物对有机物的去除效果分析
由图４可知,对 CODMn的去除速率均相对较
低,不同植物单元的去除率差异较大,局部出现明显
波动性.菖蒲、芦苇、菖蒲＋大薸、美人蕉、美人蕉＋
锦绣苋等的CODMn去除率总体保持上升状态,后期
趋于平缓.这５个单元初期去除率都较低,第４天
时美人蕉＋锦绣苋单元的去除率最高,为１５．９％;菖
蒲＋大薸单元最低,为０．３５％,较对照３２．３％的去除
率平均低了２４％.随后去除率一直保持上升,最后
均在３２％以上,其中美人蕉＋锦绣苋单元的去除率
最高,为４６．９％.相反,对照单元随后出现明显下
降,在第１１天时出现Ｇ１４．７％的最低值,最后稍有回
复,最终去除率为Ｇ４．４％,即CODMn不但没有减少,
反而有所提高.此外,水葫芦、水葫芦＋狐尾藻、大
薸＋狐尾藻、狐尾藻、铜钱草、铜钱草＋狐尾藻、大薸
等漂浮植物及沉水植物单元具体去除率不一,但同
时出现了与对照类似的“高Ｇ低Ｇ高”的波动.
５４６５期 黄炜杰等:利用水生植物净化河涌污水能力的比较研究
由图５可知,处理第４天时,对浊度的去除率已
很高,多数单元在８０％~８７％之间,仅两个单元即
菖蒲的去除率为７６．５％,美人蕉＋锦绣苋的为
６２％,低于对照.这２个单元在第７天时,其对浊度
的去除率都大为提升,均超过对照.所有单元在处
理的前６d,浊度的去除率在直线上升状态,处理至
第７天,浊度去除率都在９３％以上,其中菖蒲所在
单元最高,达９７．５％,并趋于稳定.浊度主要由水中
的悬浮物引起,由于实验中的系统相对封闭与静置,
无太大扰动,所以随着处理时间的推移,水中主要悬
浮物必然沉降,整体水质变澄清并保持相对稳定.
图５ 浊度去除率的变化
Fig．５ Changediagramofturbidityremovalrate
２．４各组合净化污水效果与地表水标准的比较分析
由表２可知,从各单元对CODMn的处理情况
看,挺水植物及具挺水植物的复合组合净化效果较
明显,从原来水样的９．７８~１２．２６mg/L,降到了Ⅲ
类水的≤６mg/L水平,如美人蕉和菖蒲＋大薸;漂
浮植物与沉水植物的组合大薸＋狐尾藻组合的净化
效果也较好,接近了III类水的标准.
对TP 的处理能力,则从原污水的 １．６３~
１．７９mg/L,为Ⅲ类水标准含量０．２mg/L的８．１５~
８．９５倍,及Ⅴ类水≤０．４mg/L的４．０７~４．５倍的严
重污染的状态,大部分已净化至低于Ⅴ类水的水平
或仅比Ⅴ类水的含量高出１．８~２倍的水平,明显降
低了水中磷的含量.其中的４个单元芦苇、菖蒲＋
大薸、美人蕉和美人蕉＋锦绣苋组合净化水中磷的
效果已大幅低于Ⅲ类水的水平,３个单元已达到适
用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区的Ⅱ
类水０．１mg/L的水平.其中菖蒲的单一植物单元
的净化能力基本达到V类水的水平,而菖蒲＋大薸
的复合种植组水体磷含量降低至０．１５mg/L,达到
表２ 各组合在种植后１４d水中污染物含量比较
Table２ Thepolutantscontentofpolutedwater
ineachunitaftertreating１４days
组合
Speciescompound
高锰酸盐指数
CODMn
(mg/L)
总磷
TP
(mg/L)
总氮
TN
(mg/L)
氨氮
NH３ＧN
(mg/L)
水葫芦
Eichhorniacrassipes
７．２９ ０．８１ ８．８２ ４．４３
水葫芦＋狐尾藻 EichhorＧ
niacrassipes＋MyriophylＧ
lumverticillatum
９．５０ ０．７８ １１．１０ ３．２１
大薸Pistiastratiotes ８．７２ ０．４７ ９．１９ ２．８５
大薸＋狐尾藻
Pistiastratiotes＋ MyrioＧ
phyllumverticillatum
６．６４ ０．８１ １１．０５ ２．５６
狐尾藻 MyriophyllumverＧ
ticillatum
８．４６ ０．９０ ９．３５ １．６７
铜钱草
Glechomabiondiana
７．２９ ０．８８ ８．３９ ０．０７
铜钱草＋狐尾藻
Glechomabiondiana＋MyrＧ
iophyllumverticillatum
９．２４ ０．７２ ７．６３ ０．３２
菖蒲Acoruscalamus ８．０７ ０．４４ ０．８０ ０．６３
芦苇Phragmitesaustralis ７．０３ ０．０９ １．１６ ０．１８
菖蒲＋大薸 AcoruscalaＧ
mus＋Pistiastratiotes
６．３９ ０．１５ ２．９７ ０．２０
美人蕉Cannaindica ６．３９ ０．０９ ０．８８ ０．０９
美人蕉＋锦绣苋
Cannaindica ＋ AlternanＧ
therabetzickiana
６．５２ ０．０７ ０．４８ ０．０７
Ⅲ类水,接近Ⅱ类水的水平.说明这两种植物的复
合种植处理净化磷的能力更强.
对TN处理去除能力,２５％的单元达到Ⅱ类水
的含量标准,如菖蒲、美人蕉和美人蕉＋锦绣苋,其
中美人蕉的吸收净化能力已经很强,水体中的氮含
量为０．８８mg/L,而加入锦绣苋形成复合种植组合
后,则能力更强,使水体氮含量达到了０．４８mg/L,
说明这两种植物构成的组合,对磷的净化作用比单
一的已具备很强净化能力的美人蕉种植单元要强.
其他各单元中,芦苇、菖蒲＋大薸两个组合的处理净
化效果也较好,接近Ⅴ类水的水平.其他７个单元,
则对TN都有不同程度吸收减量的作用.
对氨氮的吸收净化,有５８．３％的组合其水体达
到III类水的水平,其中５０％的组合达到Ⅱ类水的
水平.其他约３５％的组合使氨氮含量比原水减少
了４~５倍,接近Ⅴ类水的水平.但在同等条件下,
有５０％的种植植物组合比对照的水体氨氮的含量
低,说明这些组合除了水中氨氮的自然挥发外,还有
吸收净化氨氮的作用.当然,部分处理其氨氮的含
量比对照高一些,这可能是这些植物对氨氮这种形
式的氮素吸收作用较差,而且由于氨氮的挥发作用
受许多因素影响,如风速、水温、pH 值的差异等.
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种植物的组合,可能会导致水体温度比对照的低,有
植物覆盖的水面,会导致水体表面的风速减小,从而
造成水中氨氮含量相对较高.
２．５水生植物生长性状指标分析
由图６可知,测定期间植物的叶片数量总体变
化不大.除大薸、水葫芦外,其余各植物都有一定增
长,其中芦苇的叶片数量增长最快,平均增长４．２片
叶子,折算增长率为３１．８％,其余基本上有１~２片
叶子的增长量,生长状态正常.单一与复合中的水
葫芦平均叶片数均有不到１片的微量下降,可见其
生长态势并不活跃.单一的大薸和与狐尾藻复合组
合的大薸叶片数分别下降４．８和３．２片,个别植株出
现较多腐叶和中心腐败现象,并开始死亡,与菖蒲构
成复合组合的大薸叶片数较为稳定,有微量的增长,
且未出现腐败死亡现象,可见大薸对于该实验污染
水体适应能力并不强,但相对于单一的大薸种植而
言,与其它植物构成复合组合的则大薸表现较好,尤
其是与菖蒲复合种植的大薸,相对表现突出.
图６ 各植物单元叶片数量的变化
Fig．６ Changediagramofplantleavesnumber
从图７看出,植物的生长高度变化不大,生长正
常,除大薸、水葫芦外,各植株的高度均有增长,增长
范围为２~４cm,芦苇、美人蕉等大型水生植物的植
株高度增长量相对较高.其中单一美人蕉的平均高
度增长量最大,为６．２cm,其次是芦苇和复合的美
人蕉,分别为４．８和４．５cm.与狐尾藻复合的大薸
和单一的大薸在生长过程中出现枯黄死亡,导致其
植株高度出现微量下滑趋势,而与菖蒲复合的大薸
则未出现枯黄现象,其植株高度也实现０．４cm的微
量增长,体现了该复合种植组合对植株生长的互助
功能.复合培养箱中的美人蕉和单一培养箱中的美
人蕉相比,复合型的植株生长高度增长均匀,接近线
图７ 不同植物单元植株高度的变化
Fig．７ Changesituationofplantheight
性变化;单一型的美人蕉有所波动,在后期的植株生
长高度明显增快.复合型的菖蒲与单一型的菖蒲植
株高度变化情况基本一致.
由于挺水植物需要在各阶段继续保持其稳定的
种植,因此数据来源基本上是根部在水中的浮水植
物.图８显示,除大薸外,各植株的根系长度均有微
量增长,总体变化较小.就大薸而言,单一型、与菖
蒲复合及与狐尾藻复合的大薸其平均根系长度最终
变化为Ｇ１．４、＋０．６、Ｇ０．４cm,即除与菖蒲复合中的大
薸根系有微量增长外,其余两个单元的大薸均出现
下降,其中单一型下降更为严重,主要原因是这两个
单元的大薸中,部分植株的根系出现了不同程度腐
败.这说明大薸在本研究中基本不适宜生长在此处
污水中,但复合条件下的大薸显示出更强的适应性,
尤其是与菖蒲复合种植中的大薸,均能正常存活.
这表现出明显的互利共生的现象,但主要以偏利共
生现象为主.
图８ 各植物单元植物根系长度的变化
Fig．８ Changesituationofplantrootlength
７４６５期 黄炜杰等:利用水生植物净化河涌污水能力的比较研究
图９ 不同植物单元植物冠幅的变化
Fig．９ Changesituationofplantcanopy
从图９发现,除大薸外,其他植物的冠幅均有一
定增长,其中增长量最大的是美人蕉,单一型和复合
型的增长量分别为９．２和７．８cm,生长态势良好.
其余浮水植物增长量较少,在１cm左右.大薸的冠
幅数据与前面类似,出现腐败的单一型及与狐尾藻
复合的大薸冠幅分别下降２和０．８cm,与菖蒲复合
的则有０．６cm的微量增长.结合前面的水质结果,
可知美人蕉的净化效果较好,生长量较大,可能是锦
绣苋吸收了水中部分营养物,所以复合的美人蕉生
长量稍低于单一的美人蕉.
３ 讨论与结论
３．１对磷的去除作用
水中总磷早期去除方式主要通过不溶解的磷沉
淀、固结和挥发作用,不种植植物的对照也同样具备
对水体中磷的去除作用(夏汉平,２０００;岳维忠等,
２００７).水中含磷量持续下降主要是可溶解性磷通
过植物的吸附和吸收作用.本研究表明,复合型植
物比单一型植物对水中磷的去除效果好;美人蕉对
磷的吸收量大于其他植物,尤其与其它植物构成的
复合组合其吸收磷的能力更强.铜钱草、大薸、水葫
芦、水葫芦＋狐尾藻、大薸＋狐尾藻、狐尾藻、铜钱草
＋狐尾藻等漂浮植物及沉水植物总磷去除率均在对
照之下,其他以挺水植物为主的单元去除率平均高
于对照.部分植物去除磷效果较差的原因可能因为
①它们不适宜生长在此类污水的河涌;②漂浮植物
自身生长过程中凋落的腐叶较多,造成二次污染.
由于磷是可以沉淀的,对照的水中的磷含量可
以在多天以后较多地沉积到底泥或容器底部,但这
并非为河涌、湖泊或河流中磷的真正意义上的去除,
因为这些沉淀的以各类化合物形式存在的磷成分,
可以经过微生物的分解作用,以游离态进入水中,这
是沉积的磷容易形成二次污染的主要原因(岳维忠
等,２００７;陈肖刚等,２０１２).在本研究中,对照由于
没有植物在水面,因此扰动极少或不加以扰动,因此
测试反映出其磷含量较明显地下降,但这不是磷的
消失.而种植有植物的各单元的组合,由于有枝叶
或漂浮植物在水面,取水样时会相对比对照容易造
成扰动现象,可能会有少量沉积的磷进入水体中.
但如果在这种情况下,有植物的单元仍比对照的水
中磷含量低的话,则说明植物对水中磷的吸收作用
很强,以至于部分原沉积的磷进入水体后,其测定值
仍然较低.
在水葫芦对磷的去除率方面,与王智等(２０１２)
的研究结果相似,在水葫芦区的吸收率与近水葫芦
区和远水葫芦区相比,开始表现为水中磷含量下降,
然后又逐渐上升,达到接近最初种植的水中磷含量
的程度,而其磷含量比近水葫芦区和远水葫芦区要
高.原因是开始种植水葫芦时,由于生长的需要,吸
收了许多的磷,当出现枯叶和旧根腐烂时,则向水中
释放磷(王智等,２０１２),造成水中磷含量增加.本研
究中的水葫芦和其他一些植物也有类似现象.而王
智等(２０１３)的研究结果却相反,表现出水葫芦吸收
磷的能力比近水葫芦区和远水葫芦区的要高.这表
明,水葫芦的吸收磷的能力是不稳定的,如果出现了
较多的枯叶和烂根时还不清理的话,就会使得水中
磷的含量反而比不种水葫芦的区域高.
植物在种植初期对磷吸收速率较种植后１１~
１４d时的速率(指单位时间内吸收的量)高,与王智
等(２０１２)的研究结果相似.可能是植物在幼嫩时的
吸收能力较强,到生长稳定或成熟时,植物各组织对
磷的需要量不会如此高,吸收的速度不会比前期高.
当水中的磷被吸收较多时,进一步较高速度地吸收
水中有效磷已不可能那么容易,致使水中的磷残存
量减少不会发生如前面时期的明显、快速减少的现
象.但植物的吸收减少磷的过程还在进行中.
３．２对氮素的去除作用
①去除率上升最快的有美人蕉＋锦绣苋、美人
蕉、菖蒲、芦苇、菖蒲＋大薸,明显高于对照.这些植
物单一种植时处理效果虽已很强,但当加入漂浮植
物构成复合组合时,其吸收净化能力则更强,这与磷
的吸收净化作用相同.其他水生植物的TN去除率
８４６ 广 西 植 物 ３４卷
与对照相当.个别的去除率为负值,即原水中氮含
量不仅未减少反而有所提高.水葫芦、水葫芦＋狐
尾藻、大薸＋狐尾藻、狐尾藻、铜钱草、铜钱草＋狐尾
藻、大薸等漂浮植物及沉水植物单元的TN去除率
均表现相对较差.水葫芦＋狐尾藻、大薸＋狐尾藻、
狐尾藻和大薸的组合低于对照的２６．０％,其他的水
葫芦及含铜钱草的组合效果均比对照高.无植物
时,水体中氮通过本身的降解、沉淀、固结、去除、挥
发等均能降低自身的浓度,尤其是一些非游离状态
的氮,早期的沉淀作用更为明显(岳维忠等,２００７).
这是早期氮去除率较高的重要原因,也是对照实验
中TN去除的主要部分.此外,水体中原有微生物
的影响,有机物中的氮能在微生物作用下,先转化成
氨,并进一步氧化成亚硝酸盐及硝酸盐,从而使有机
物中的氮变成游离状进入水中,提高水中的含氮量,
不过这个过程相对滞后于前者(顾夏声等,２００６).
种入植物后,植物根系及其附属微生物能吸附并吸
收水中的氮,满足自身生长需要,这是水中含氮量能
持续下降的主要原因.因不同植物对氮的吸附与吸
收能力存在差异,所以水中氮的去除率也不同.
②氨氮的去除作用:处理初期,芦苇、菖蒲＋大
薸、美人蕉、美人蕉＋锦绣苋等单元,氨氮去除率明
显高于对照,大薸、狐尾藻低于对照,其他的植物单
元则略高于对照.随后各单元的氨氮含量均不断下
降,处理至第１４天时,各单元氨氮去除率均达较高
水平,并趋于平衡.说明含漂浮植物及沉水植物的
单元,对氨氮均有较好的去除作用,但挺水植物或挺
水植物与部分漂浮植物的组合单元去除效果更好.
３．３对CODMn的去除作用
在菖蒲、芦苇、菖蒲＋大薸、美人蕉、美人蕉＋锦
绣苋单元中,初期去除率均较低,随后一直保持上
升,最后均在３２％以上.相反,对照单元随后出现
明显的下降,在第１１天时出现Ｇ１４．７％的最低值,最
后稍有回复,最终去除率为Ｇ４．４％.说明在没有植
物的这类污水环境中,滋生了许多从外界传播进来
的各类生物和与其相关的其他有机物,它们的代谢、
腐烂等作用,使水中的CODMn升高.说明上述各单
元的植物对于CODMn有较好的去除作用.此外,水
葫芦、水葫芦＋狐尾藻、大薸＋狐尾藻、狐尾藻、铜钱
草、铜钱草＋狐尾藻、大薸等漂浮植物单元及沉水植
物虽具体去除率不一,但也同时出现了“高Ｇ低Ｇ高”
的波动现象,多数都具有减少CODMn的作用.水中
的CODMn主要靠自身沉降和微生物分解来去除,但
植物衰败及微生物死亡等会增加水中的有机物含
量,这可能是水中CODMn去除率波动变化的原因.
因此,哪类微生物与哪些植物更容易形成好的互利
组合关系,就影响到对CODMn的去除效果.
３．４植物的生长情况
大多数试验植物在供试的污水中能正常及较正
常地生长,叶片数、植株高度、根系长度及植株冠幅
均有所增加,极少数植物适应力相对较差.极少数
漂浮植物当单一种植时,适应能力差,但是当与挺水
植物复合种植时,则明显表现出生长状态较好的,这
表现出明显的互利共生、相互促进作用的现象.由
于对于这方面的指标仅实际测定了１０d的数值,因
此,上述指标的变化还是相对较小的,如进行更为长
期的观测和记录才能更好地反映此方面的情况.但
从本研究的实验开始到测定的时间,已在污水中生
长达２个多月,说明这些植物大多能较好地适应这
样浓度的污水环境.研究还表明,吸收净化磷、氮等
污染物能力越强的植物其生长发育得更好,两者为
相辅相成的关系.
３．５两种植物的合理搭配能产生比单一植物更好的
净化效果
菖蒲＋大薸的搭配无论是总磷、总氮、还是氨氮
去除率都明显高于菖蒲、大薸的单一植物单元,同时
发现,单一系统中个别大薸植株出现坏死和枯萎,但
在与菖蒲的复合单元中却无此现象.美人蕉＋锦绣
苋的复合净化效果较为突出,相对于单一的美人蕉
单元,处理效果略有提升,更重要的是,这种复合注
入了立体种植的理念,通过提高对不同层次空间的
利用效率,进而优化植物系统的搭配组合.通过对
水质净化效果较好的水生植物进行合理的配置,构
建水生植物群落,对进一步提升水处理效果,提高水
生态系统稳定性意义重大,值得进一步深入探讨.
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